高眼压致虹膜变形能力改变的生物力学机制研究

Glaucoma is the major cause of irreversible blindness worldwide associated with high intraocular pressure (IOP). The high IOP leads to the physiological function changes of iris, meanwhile, the passive bulge of the iris aggravates the pupillary block and angle closure. In addition, the high IOP could decrease the iris compliance and the blood supply, which changes the pupillary response capability and increases risk of light burns of photoreceptor cells. Therefore, this project will focus on the iris’s deformation capability due to the chronic high IOP, which will lay foundations for the explanation of glaucoma’s development and the risk evaluation of light burns. The main contents of the project are as follow, in the beginning the chronic high intraocular pressure animal models will be induced, at different duration time of the high IOP iris changes will be determined including histology, vascular structure and deformation capability, in the end the relative relationship will be analyzed between the iris’s deformation capability and microstructure. The mainly technology and methods adopted in this project include phase contrast imaging, imaging processing and reconstruction, histochemical analysis, indentation and the finite element method. This project will provide a noninvasive detection method for the development of angle closure glaucoma, and it will also provide a basis for identification of risk factors of fundus damage caused by glaucoma.

青光眼多发且致盲率高，高眼压是青光眼的重要体征，高眼压会使虹膜的生理功能发生改变，虹膜的被动膨隆会加重瞳孔阻滞、加大房角闭锁风险；虹膜的压力顺应性反应和受压血供不良会使其瞳孔缩放能力受损，加大眼底光感细胞的光灼损伤风险。本项目拟研究在高眼压作用下虹膜变形能力的改变规律，为青光眼病程发展解释和光灼损伤风险评估奠定认识基础。主要研究内容包括：1）制备慢性高眼压动物模型；2）获取高眼压前、后虹膜微观结构的变化规律；3）获取虹膜血管结构及血流随高眼压作用时间的变化规律；4）分别获取虹膜主动和被动变形能力随高眼压作用时间的变化规律；5）分析虹膜变形能力与其形态特征、微观结构之间的相关关系。本研究采用的主要技术与方法为，相位衬度成像技术、图像处理与重建技术、组织化学分析技术、压痕实验方法和建模计算分析技术等。本研究将为闭角型青光眼病情评估提供新的无创检测方法，为青光眼眼底损伤风险因素判别提供新认识。

高眼压是青光眼的重要病理特征，高眼压作用下，虹膜的生理功能和微观结构出现变化，会影响瞳孔阻滞和房角闭锁程度。了解高眼压作用下虹膜的相关变化，认识瞳孔阻滞、虹膜和房角关闭程度之间的关系，有助于认识青光眼的病程发展。基于此，我们完成了如下工作：.第一，基于光声成像技术获得了大鼠虹膜整体血管的三维形态结果，对特定区域的虹膜血管密度和弯曲度进行了量化；利用两束不同波长的光，对大鼠眼表浅血管进行扫描，计算出了眼表浅血管的血氧饱和度，对动脉和静脉做出了区分。通过算法改进，实现了大鼠眼前节较完整血管的形态和功能的同时成像。.第二，通过单轴拉伸试验，对虹膜非线性弹性、粘弹性、各向异性的力学特性进行了综合评价。将兔眼虹膜沿径向、内环向和环向进行裁条，分别进行准静态拉伸实验以及应力-松弛实验。使用指数模型拟合了应力-应变曲，使用三阶Prony模型拟合了应力-松弛曲线，并计算了松弛极限。.第三，成功建立了大鼠和兔的慢性高眼压动物模型，眼压幅度超过30mmHg，持续时间达6个月。在高眼压作用的不同时间点，通过压痕试验获得了虹膜不同区域的弹性模量；通过组织染色切片，观察了组织的细观变化。结果表明高眼压作用下的动物实验眼虹膜的弹性模量显著高于对照眼，且虹膜明显变薄，基质中的色素上皮细胞密度明显降低。.第四，通过有限元建模，研究了瞳孔阻滞力的影响因素，建立了瞳孔阻滞力与虹膜形变量和房角闭锁程度之间的关系。.本研究揭示了高眼压作用下的虹膜力学特性、组织结构的变化，为深入认识高眼压性青光眼的病程发展提供了基础。

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